基于大數據技術的農業機械數字化平臺設計

棗莊職業學院 關靜

農業機械化是鄉村振興的重要保障。但當前農業機械服務行業存在著機械投入大、更新快、信息不對稱、資源浪費現象嚴重、農機手后繼乏人等很多問題。針對上述問題，本文設計了一種基于大數據技術的以農機租賃服務為核心的數字化平臺。利用Spark、Flink、Flume 技術對農機數據進行挖掘處理，進而優化農機資源分配，提高農機使用率和降低農民購機成本，推動農機的數字化和信息化。

我國農業機械行業存在著諸多問題:（1）農機更新快、投入大、成本高；（2）信息不共享、供需不匹配，農機閑置時間長、資源浪費嚴重；（3）農機行業報酬低、農機手后繼乏人。這些問題導致農民不能實時有效地獲取農機數據資源，降低了農機設備的利用率。

“十四五”規劃提出發展智慧農業、建立農業農村大數據體系，推動新一代信息技術與農業生產經營深度融合[1]。因此，本文設計了一種利用新一代信息技術實時數據分析、優化農機資源分配的農業機械數字化平臺，便于將農事智能整合，為農業機械現代化、智能化提供精準助農方案，以期促使農機發展良性循環。

1 建立農業機械數字化平臺的意義

1.1 經濟意義

（1）農民對農機設備的需求量大，發展前景廣闊。根據相關部門統計，預計到2035 年我國將實現農業全面機械化[2]。隨著《“十四五”全國農業機械化發展規劃》的頒布，對現代農業發展提出了更高的要求和規劃。

（2）將農機由“消耗品”轉變為“聚寶盆”。農機租賃方案的設計，讓農機產品成為資源共享的可能，一方面減少了范圍內同類農機產品各家各戶重復購買的資源浪費；另一方面增收了農戶購買農機后可租賃的收入，助力脫貧攻堅成果的鞏固，實現增收減支。

1.2 現實意義

（1）轉變農機使用模式，讓農民由“直接購買”變為“先租后買”，大幅度減輕一次性投入壓力。

（2）助力鄉村振興，“讓務農成為體面的職業[3]。”對農機手進行再培訓，壯大農機手隊伍，既可以實現農民增收致富，又能夠讓農忙“機上有人”，順利完成農田播收。

（3）讓農機高效率利用，是推進農業水平的關鍵，也是鄉村振興的重要保障。隨著人民對美好生活的向往需求越來越強烈，對農機產品的需求也從“能用”到“好用”，這就要求農業機械行業能夠“與時俱進”。

（4）積極推進農業智能化，為鄉村振興添磚加瓦。

農機行業標準不成體系，依靠機手經驗，監管缺失。現有的農業機械化機構設置尚不健全，因此，積極推進農業機械大數據化、智能化就顯得尤為重要。

2 農業機械數字化平臺架構

2.1 整體概覽

后端管理員負責用戶、信息、存儲管理。前端用戶選擇對應身份進行登錄，然后根據需求切換到相應的功能頁。前后端的操作會連接到后臺數據庫進行增、刪、改、查。平臺結構如圖1 所示。

圖1 平臺結構Fig.1 Platform structure

2.2 基本功能模塊

平臺主要包括:農機手模塊和普通租賃用戶模塊。其中，農機手模塊包括:云測量、作業監控、智能預警和運營分析功能；普通租賃用戶模塊包括:租賃中心、購買中心、常見問題和行業動態功能。

滿足農戶想要拓寬收入渠道的需求，提供農機租賃服務與農機手系統培訓服務。減少農民的購機成本，有效解決農機閑置問題，提高農機手作業水平，助推新型農民隊伍的壯大。對作業設備的實時監測，能直觀有效查看設備運行狀況，確保產品質量安全，提升農機單機使用率。

2.3 關鍵技術

（1）基于大數據挖掘技術整合海量數據進行清洗、分類，然后整合到各個功能模塊。

對不同類型不同結構采集到的數據采用Hadoop 生態實現數據處理。涉及的大數據技術主要有HDFS 存儲、Spark、Flink、Flume 等。

（2）租賃中心和購買中心模塊，使用大數據分析與挖掘技術對不同的農機類型進行分類，提高農機租用的多樣性。

（3）農機手管理模塊是通過5G 互聯技術將平臺與實體農機設備相連接，通過農機手管理組織設定的計費公式進行智能分析計算。

（4）利用Flink 技術將作業設備遠程監控的信息和數據進行處理，然后利用圖像處理技術將數據轉換為圖形或圖像。

（5）根據歷史數據分析，用戶選擇完需要的農機信息后，提供智能推薦。部分關鍵代碼如下:

上述代碼中，init()方法用于初始化農機類型和農機手信息，可以將不同類型的農機和對應的農機手信息存儲在Map 中。recommendMachinery()方法實現了基于決策樹模型的智能推薦功能。根據輸入的農機類型、農田類型和農田畝數，逐層遍歷決策樹，最終返回推薦的農機和農機手。在本算法中，僅提供了一種農機類型的決策樹分支，可以根據實際情況添加更多分支。最后，在main()方法中可以示例調用recommend Machinery()方法，實現智能推薦功能。

3 農業機械數字化平臺設計實現

3.1 普通用戶租賃模塊

3.1.1 租賃中心

“一鍵出租，避免閑置。”匯集行業內企業，以分類的方式清晰展示各作業設備可租賃情況，并以此打破當前信息孤島局面，使得每位農戶均可稱為“農機手”，結合接單大廳可使每位農戶進行接單賺取酬勞。

3.1.2 購買中心

采用逐級分類的方式將采購者從繁瑣的搜索當中解放出來，并加入會員等級與商家信譽等級制度，且可以清晰地看出該設備生產時間或已使用時間，方便采購者選擇性購買。

3.1.3 常見問題

提供一些農業種植技術和病蟲害防治方法，為農民提供完備的種植技術和病蟲害防治技術保障，增加作物產量，提高農業生產率。

3.1.4 行業動態

在行業動態功能模塊當中添加了10 個廣告位，以供業內相關企業投放，共同促進整個行業的良性發展。同時還擁有行業內最新新聞動態及相關政策的出臺信息，并提供了知名農機行業企業的成功案例與不同問題的解決方案，為農機管理組織建立起快速融入本行業的橋梁。

3.2 農機手模塊

3.2.1 云測量

在功能模塊中接入了5G 網絡通信技術，可以實現農機手對所接單地址提前進行面積大小、位置、地貌等方面進行了解并提前作出資源調配等方案，有效規避資源浪費等問題。

在本模塊中，還為管理員提供了不同的作業類型預警模式，使各類型作業模式預警更加精確，方便維護部門及時做出相應的解決方案。

3.2.2 作業監控

該功能模塊通過與云測量中查詢作業詳情相結合，應用了圖像處理技術，將作業設備的信息進行遠程監控和分析，并將數據轉換為圖形或圖像，通過計算機視覺及人機交互技術在屏幕上顯示出來，使數據更加清晰直觀，優化服務質量。

3.2.3 智能預警

平臺基于5G 網絡通信技術與數據整合技術，通過以直觀的可視化方式展示并與操作者進行互動，擴大管理組織對作業設備的云管理層面，提高農機組織的工作效率，為管理員提供不同的作業類型預警編輯模式。

3.2.4 運營分析

利用5G 互聯技術將平臺與實體農機設備相連接，通過農機手管理組織設定的計費公式進行智能分析計算，并以直觀的可視化方式進行展示，實現農機手對所接單提前作出一定的資源調配等方案。

4 平臺功能的小程序設計

設計對應的微信小程序，形成兩位一體、互為補充、多端同步的“農業機械信息化數據平臺”。

5 結語

為了提高農機的利用率和減少農民購機的成本，本文將大數據技術引入到了農業機械數字化平臺上。轉變了農機使用模式，可租可買，而農機手也可以“作業接單”，可專職可兼職。在平臺上進行租買，為今后智能農機的普及起到了很好的宣傳推廣作用。